石墨烯與金剛石性能差異及原因分析
前文介紹了石墨烯和金剛石電子軌道的差異，其實(shí)這種雜化軌道差異會(huì)對(duì)兩種碳材料的性能帶來(lái)顯著影響！
- 如下為兩種材料的性能對(duì)比
| 性能 | 石墨烯 | 金剛石 |
| 導(dǎo)電性 | 高導(dǎo)電性（~10? S/m），π電子離域形成導(dǎo)帶 | 絕緣體，禁帶寬度5.5 eV，無(wú)自由載流子 |
| 機(jī)械強(qiáng)度 | 高拉伸強(qiáng)度（130 GPa），柔韌可彎曲 | 超高硬度（莫氏硬度10），脆性大 |
| 熱導(dǎo)率 | 超高面內(nèi)熱導(dǎo)率（~5000 W/m·K），電子+聲子傳導(dǎo) | 高體熱導(dǎo)率（~2000 W/m·K），聲子主導(dǎo)傳導(dǎo) |
| 光學(xué)特性 | 近乎透明（吸收約2.3%可見(jiàn)光），適合透明電極 | 高折射率（2.42），強(qiáng)色散，用于光學(xué)窗口 |
| 化學(xué)穩(wěn)定性 | 平面易氧化（邊緣活性高），但整體惰性 | 極端化學(xué)惰性，耐高溫、酸堿腐蝕 |
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 柔性電子、傳感器、復(fù)合材料 | 切割工具、散熱基板、高功率器件封裝 |
2.關(guān)鍵差異的量子力學(xué)解釋
（1）導(dǎo)電性差異
石墨烯：離域π鍵形成半金屬能帶結(jié)構(gòu)（導(dǎo)帶與價(jià)帶在狄拉克點(diǎn)接觸），電子有效質(zhì)量趨近于零，遷移率極高（~200,000 cm2/V·s）。
金剛石：sp3雜化導(dǎo)致寬帶隙（5.5 eV），電子需極高能量才能躍遷，表現(xiàn)為絕緣性。
（2）力學(xué)性能差異
石墨烯：二維平面內(nèi)σ鍵鍵能高（~420 kJ/mol），但層間范德華力弱，易滑移，表現(xiàn)為高強(qiáng)柔韌。
金剛石：三維共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)使外力需破壞四面體結(jié)構(gòu)，需極高能量（硬度源自方向鍵的強(qiáng)各向同性）。
（3）熱導(dǎo)率機(jī)制
石墨烯：面內(nèi)聲子振動(dòng)模式高效（長(zhǎng)程有序）+ 電子貢獻(xiàn)，面內(nèi)導(dǎo)熱極佳，但層間導(dǎo)熱差。
金剛石：純聲子導(dǎo)熱（無(wú)電子貢獻(xiàn)），但三維結(jié)構(gòu)聲子散射少，體熱導(dǎo)率高。